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蛋白質工程的崛起 1. 教學目標 知識目標 舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。 能力目標 簡述蛋白質工程的基本原理及基本途徑。 情感態(tài)度與價值觀 嘗試運用逆向思維分析和解決問題。 2. 教學重點/難點 教學重點 ⑴為什么要開展蛋白質工程的研究? ⑵蛋白質工程的原理。 教學難點 蛋白質工程的原理。 3. 教學用具 4. 標簽 教學過程 教學過程 師:根據(jù)前面所學內容,試概括說出基因工程解決了哪些生活、生產中難以解決的問題。 生:基因工程可以生產人類需要的藥物,如胰島素、干擾素等,我們吃的,使某些食品如番茄、土豆等農業(yè)中的抗蟲棉、抗病毒煙草等,上述產品有些是常規(guī)方法難以生產或者生產成本過高 。 師:基因工程的實質是將一種生物的基因轉移到另一種生物體內,使后者產生它本身不能 產生的蛋白質,進而表現(xiàn)出新的性狀。但基因工程,人們也只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在 轉基因生物中的表達。即基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。一個新問題出現(xiàn)了,生物產生的天然蛋白質是在長期進化過程中形成的,它的結構、性能不能完全滿足人類生產和生活的需要。我們該怎么辦? 生:對現(xiàn)有蛋白質進行定向改造,以滿足人類的生產和生活需要。 師:大家都知道“人類基因組計劃”,那么你們知道國際人類蛋白質組計劃嗎?它與蛋白質工程有什么關系? 師:人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃后,生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2001年國際人類蛋白質組組織宣告成立。2003年該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動:一項是由中國科學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質組計劃”;另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類蛋白質組計劃”,由此拉開了蛋白質組計劃的帷幕。 師:通過上面的學習我們已經大概了解了蛋白質工程崛起的理由。 生:基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質,這些蛋白質卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。 師:歸納的很好!我們剛才提到的干擾素在體外保存相當困難,如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,那么在—70度的條件下可以保存半年。 師:對天然蛋白質進行改造,你認為應該直接對蛋白質分子進行操作,還是通過對基因的操作來實現(xiàn)? 生:通過對基因的操作來實現(xiàn),因為基因決定蛋白質的合成。 師:下面讓我們一起來回憶一下生物體內的蛋白質合成的過程。 生:基因 mRNA 形成氨基酸序列的多肽鏈 盤曲折疊成有一定空間結構的蛋白質 行使生物功能 師:同學們說的對!但蛋白質工程卻與之相反,它的基本途徑是什么呢? 生:從預期的蛋白質功能出發(fā) 設計預期的蛋白質結構 推測應有的氨基酸序列 找到相應的脫氧核苷酸序列(基因) 師:下面我們利用蛋白質工程原理來解決課本27頁討。論題。 生:—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸— mRNA:GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C) DNA的一條鏈:CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G) 確定了基因的堿基序列后,就可以根據(jù)人類的需要改造它,通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。 師:回答的很好 。通過以上的討論我們來總結一下什么是蛋白質工程。 生:蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎,通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質進行改造,或制造一種新的蛋白質,以滿足人類的生產和生活的需求。 師:基于以上蛋白質工程的原理,能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構設計相應的基因,導入適合的細菌中,讓細菌生產人類需要的蛋白質食品呢? 師:蛋白質工程取得的進展向人 們展示了誘人的前景。 1、在生物工程制藥領域、蛋白質工程有著廣泛的應用。例如修改與胰島素分子間整合作用有關的表面殘基使其更容易解離成有活性的單體分子,從而使這種胰島素成為速效型藥物。制備生長鼠-人嵌合抗體減少因機體高度過敏而引起的副作用。 2、蛋白質工程可通過改造酶的結構,有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。 3.生物和材料科學家正積極探索將蛋白質工程應用于微電子方面。 異想天開 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構,設計相應的 基因,導入合適的細菌中,讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢? 師:為什么說蛋白質工程是一項認識科學探索 難度很大的工程?目前要設計出之路永無止境更加符合人類需要的蛋白質還需經過艱辛的探索和努力? 生:主要是蛋白質的高級結構非常復雜,人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少。很難設計出一個嶄新而具有生命功能作用的蛋白質,而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。 3